[发明专利]全级配混凝土导热系数预测模型的构建方法

摘要

本发明公开了一种全级配混凝土导热系数预测模型的构建方法，对全级配混凝土导热系数研究中试验难以测量的难点进行简化，考虑到全级配混凝土和普通混凝土的共性，从普通混凝土开始研究，由混凝土组成材料入手，对不同组合工况的普通混凝土试件导热系数进行测量，根据各组成材料的导热系数和组成比例预测混凝土导热系数，然后考虑骨料粒径的尺寸因素，从而逐步过渡到全级配混凝土混凝土导热系数预测模型，具体方法是首先建立导热系数的串联模型，然后是导热系数的并联模型，最后在串并联模型的基础上建立全级配混凝土导热系数模型。此预测模型能够较好地表征全级配混凝土导热系数与其组成材料导热系数的关系规律。

主权项

1.一种全级配混凝土导热系数预测模型的构建方法，对全级配混凝土导热系数研究中试验难以测量的难点进行简化，考虑到全级配混凝土和普通混凝土的共性，从普通混凝土开始研究，由混凝土组成材料入手，对不同组合工况的普通混凝土试件导热系数进行测量，根据各组成材料的导热系数和组成比例预测混凝土导热系数，然后考虑骨料粒径的尺寸因素，从而逐步过渡到全级配混凝土混凝土导热系数预测模型，其特征在于：具体方法是：第一步、建立导热系数的串联模型：设有两层不同材料薄板相互叠在一起,薄板的截面积为, 厚度分别为和，温度差分别为和, 导热系数分别为和，组合板的导热系数为，由傅里叶热传导方程可得式（1）（1 ）对于薄板1，2，我们分别有：（2 ）（3 ）将（2），（3）改写为：（4 ）（5 ）将（4）、（5）相加，得（6 ）设——两层板总的温度差，代人（6）式，可得：（7 ）设——薄板总厚度‘设——第一层板的体积分数；——第二层板的体积分数‘将其代入（7）式，得：（8 ）由式（1）和（8）可得图示复合板的导热系数公式（9 ）此式可推广到多层板复合的情况；在热流方向垂直于板面的情况下,多层复合板导热系数的倒数等于每层板导热系数的倒数与该层板体积分数乘积的代数和，即：（10 ）（11 ）第二步、建立导热系数的并联模型：设有双层复合板，其中、为薄板的横截面面积，若热流方向平行于板面，导热系数由傅里叶方程对薄板1，2我们分别有：（12 ）（13 ）设——单位时间流过横截面积（）的总热量，将式（12）、式（13）相加得：（14 ）设——薄板1的体积分数；——薄板2的体积分数；代入式（14）式得：（15 ）由式（1）和式（15）得：（16 ）此式可推广到多层板复合的情况；在热流方向平行于板面的情况下, 多层复合板总的导热系数等于每层板的导热系数与该层的体积分数的乘积的代数和，即：（17 ）第三步、建立全级配混凝土导热系数模型：对于混凝土导热系数，取其中一个单元，在热流作用下，混凝土单元可以看做粗骨料、砂浆和孔隙空气先串联再并联，由多层板导热系数并联公式（17）可得混凝土导热系数公式（18）：（18 ）再由串联公式（11），可简化为公式（19）：（19 ）空气导热系数为0.025，砂浆导热系数为1.8，粗骨料导热系数为3.0，由于空气导热系数远小于砂浆和粗骨料导热系数，约为砂浆的1.38%，为粗骨料的0.8%，所以省略空气对混凝土导热系数的影响，，代入式（19）得：（20 ）其中，、、、分别为混凝土、空气、砂浆和粗骨料导热系数值；、和分别为孔隙、砂浆和粗骨料的体积比。